“电子技术综合设计”课程改革的探索范文
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摘要：文章针对传统“电子技术综合设计”课程存在的若干问题，落实工程教育专业认证三大理念，从课程目标、教学内容、教学方法、考核方式等方面对课程进行改革，构建了“强实践、融思政、重过程”的实践教学模式，以促进学生解决复杂工程问题能力的培养，为工程教育专业认证奠定基础。
关键词：工程教育专业认证；电子技术综合设计；课程改革；实践教学模式
2016年6月，我国成为《华盛顿协议》第18个正式成员。这是我国高等教育发展进程中一个重要里程碑，标志着我国工程教育质量得到了国际社会的认可[1]，也对进一步提高工程教育人才培养质量提出了更高的要求。近年来，我国各高等院校广泛开展了工程教育专业认证。2020年7月教育部高等教育教学评估中心、中国工程教育专业认证协会在“工程教育认证通告〔2020〕第4号”中指出，截至2019年底，我国共有241所普通高等学校的1353个专业通过了工程教育认证，涉及机械、仪器等21个工科专业类。西安邮电大学作为西北地区工程应用型创新人才培养的重要基地，以工程教育专业认证为抓手，全面落实“成果导向、以学生为中心、持续改进”的工程教育专业认证理念，进一步强化专业特色，扎实推动一流专业建设，持续提升人才培养质量。
一、课程现状分析
“电子技术综合设计”是西安邮电大学集成电路设计与集成系统专业开设的一门综合性集中实践课程。该课程历时2周。传统的“电子技术综合设计”课程主要存在三个问题：（1）课程案例单一，以教师讲授为主。仅给学生提供3个经典项目案例，学生大多做的是相同的题目，不能充分挖掘学生的创新思维。教学过程以“教师先讲授，学生再实践”的形式进行，学生之间缺少交流与讨论，且学生不能从复杂工程问题出发逐步完成分析问题、解决问题的过程。（2）教学方式与行业技术相脱离。传统的“电子技术综合设计”课程让学生在面包板上实现所设计的电路，学生不能深入体验完整电子系统的实现过程。（3）考核方式单一。传统的“电子技术综合设计”课程仅以电路实现和设计报告为评价考核依据，忽略了过程考核，既不能对学生各方面能力给予全面评价，教师和学生也不能及时了解学习过程中存在的不足。针对上述问题，本课程教学团队围绕工程教育专业认证的标准与要求，对课程进行了改革与实践。
二、以成果为导向，确立“知识、能力、素质、价值”四位一体的课程目标
成果导向是工程教育专业认证的核心理念，强调一切教学过程设计与实施的目标是学生通过参与教学过程所取得的学习成果[2]。课程教学团队依据集成电路设计与集成系统专业的培养目标、毕业要求以及“电子技术综合设计”所对应的指标点，围绕“成果导向、以学生为中心、持续改进”的工程教育专业认证理念，通过调研、讨论确立了“知识、能力、素质、价值”四位一体的课程目标。（1）知识目标：掌握Multisim和AltiumDesigner软件的使用方法；掌握较复杂数字电路系统的设计方法。（2）能力目标：具备应用数字电路理论知识设计较复杂数字电路系统的能力；具备电路焊接与调试、正确使用仪器设备的能力。（3）素质目标：具有自主学习的习惯与能力、沟通与表达能力、技术报告撰写能力；具有团队协助精神、环境保护意识以及项目成本控制意识。（4）价值目标：树立精益求精、严谨、耐心的大国工匠精神，以及良好的职业道德。围绕课程目标设计教学内容、教学方法及考核方式，可促进学生学习效果的达成。
三、以学生为中心，实施多要素的课堂教学改革
（一）教学内容与教学方法改革
本课程基于12个工程实践项目或生活中的实际电子系统实施“项目驱动式”教学方法的改革，在课程的第一天组织学生自由组成2~4人小组，并以小组为单位进行实践项目的选题，且同一班级内部的选题不允许重复，以避免相互抄袭。课程实施分为四个阶段。第一阶段：各小组针对所选实践题目，通过查阅资料、方案对比、回答教师质询等，提出合理可行的设计方案，并进行参数计算、芯片选型、功能仿真和设计优化，以激发学生主动学习、主动解决问题的内生动力，帮助学生树立精益求精、严谨、耐心的大国工匠精神。功能仿真部分基于Multisim软件完成，教师以案例式的方式讲解软件的操作方法。同时，通过引入“窃听器”“作弊器”等实际案例，对学生进行工程伦理教育，培养学生的伦理道德意识，帮助学生塑造正确的世界观、人生观、价值观。在设计方案对比时，教师不仅要引导学生从技术实现上进行对比，还要从项目经济成本上进行对比，以较低的成本实现最优的系统功能。第二阶段：教师通过案例讲解AltiumDesigner软件的使用方法、电路原理图和PCB版图绘制时应注意的问题，学生以个人为单位利用该软件完成系统原理图和PCB版图的绘制。采取生生互评的方法开展原理图和PCB版图的评价，以促进学生不断优化设计。第三阶段：学生通过观看视频资料“带你走进嘉立创工厂”，深入了解PCB电路板的制作过程。同时，教师通过介绍国内外自动曝光机、飞针测试机和AOI光测机等设备，使学生了解我国在制造设备上与国外公司的差距，树立学生科技报国的远大理想。学生通过“嘉立创下单助手”完成PCB版图的交付，并在PCB电路板加工完成后进行元器件的焊接以及各模块功能的调试。通过上述过程，学生深入体验了电子系统实现的全流程，为后期参加各级各类学科竞赛等奠定了良好的专业基础。第四阶段：学生以小组为单位进行设计作品的演示与答辩，通过系统功能的展示、设计思路的讲解及回答其他学生的质疑与提问等方式，使其表达能力得到充分的锻炼。通过教学内容与教学方法的改革，以及在教学过程中以润物无声的方式融入思政元素，实现了“教为中心”向“学为中心”的转变，使“电子技术综合设计”不再是单一的以知识传授为主的课堂，而是集“探究、讨论、启发、实践、交流、互动、答疑、解惑”为一体的“以价值塑造为引领、以学生为中心、以技术能力和非技术能力共驱培养为主线”的课堂。
（二）基于“学习通”平台开展线上线下混合式教学
基于“学习通”开展线上线下混合式教学，包括课前学情调查，课中视频和文档资料的学习、知识测验、课堂讨论、随机提问，课后学生对学习效果的自我评价。学情调查能够帮助教师充分了解学生的前期知识基础，以及对本课程所涉及的相关软件和硬件设备的了解程度，以便教师有针对性地调整教学重难点。视频及文档资料的学习以任务点的形式呈现，学生在线完成相关内容的学习，如PCB产业发展现状、如何阅读芯片资料、PCB加工方法及制作过程中废液的正确处理方法等。以翻转课堂的方式让学生针对某一具体芯片讲解阅读芯片资料的方法及应重点关注的芯片指标。知识测验能够帮助教师及时了解学生对阶段性知识的掌握程度。课堂讨论、随机提问可大大提高学生的课堂参与度，提高学习的主动性和积极性。课程结束后，针对四个课程目标开展学生对学习效果的自我评价，并将评价结果用于教学方法的持续改进。
四、以能力评价为核心，开展形成性评价
构建科学合理的课程目标形成性评价方法，关注学生的学习过程、重视阶段性的教学反馈，是提高人才培养质量的有效途径[3]。本课程打破以往实践课程以课程设计报告为主要评分依据的现状，加大过程考核，突出能力评价，以促进课程目标的达成。本课程的成绩由七个部分组成：方案设计及仿真占25%，以评价学生的自主学习能力和电路设计能力；AltiumDesigner软件下原理图和PCB版图的绘制占25%，以评价学生的软件操作能力及版图绘制能力；电路的焊接、调试及仪器设备的使用占20%，以评价学生的实践动手能力及解决问题的能力；学习通平台的线上任务完成情况占5%，课内测验与课堂互动占5%，以评价学生的知识运用能力；答辩与作品演示占10%，以评价学生的观点陈述及语言表达能力；设计报告占10%，以评价学生的撰写能力。通过建立以能力评价为核心的多元化形成性评价方法，既能客观、合理、全面地评价学生的技术能力与非技术能力，又能应用评价结果推动课程目标的持续改进，形成“科学评价—多方反馈—持续改进”的闭环系统[4]。
五、结语
“电子技术综合设计”教学团队落实工程教育专业认证理念，依据专业培养目标、毕业要求和课程指标点确立了“知识、能力、素质、价值”四位一体的课程目标，实施项目驱动式、讨论式、启发式、翻转式及线上线下混合式等多种教学方法，开展以技术能力和非技术能力双线评价为核心的多元化形成性评价，并在教学中巧妙融入思政元素，帮助学生树立精益求精、严谨、耐心的大国工匠精神，以及良好的职业道德，构建“强实践、融思政、重过程”的实践教学模式。课程改革有力地推动了课程目标的达成，学生的学习成效显著提升。通过改革课程教学内容、教学方法及评价方式，本课程的课程目标达成情况得到了提升。改革前后的课程目标平均达成度由0.78上升至0.81。改革后，课堂氛围活跃，学生能够积极思考、主动探究、动手实践，学习的内生动力大大提高。同时，学生对多元化形成性评价方式给予了高度认可。在本课程的带动下，集成电路设计与集成系统专业学生积极参加了大学生电子设计竞赛、大学生光电设计竞赛、集成电路创新创业大赛等学科竞赛。
作者：张霞 张阿宁 徐丽琴 单位：西安邮电大学
